Способ изготовления кремниевого рентгеношаблона

Использование: для изготовления кремниевого рентгеношаблона. Сущность изобретения заключается в том, что способ включает в себя процессы предварительного отбора плоскопараллельных кремниевых пластин, напыления проводящих адгезивных подслоев из легких (т.е. с малым атомным весом) металлов на рабочую поверхность кремниевой пластины (подложки), формирования на рабочей поверхности резистивной маски, электроосаждения рентгенопоглощающего маскирующего слоя из тяжелых металлов через резистивную маску, ее последующее удаление и формирование опорного кольца и несущей мембраны шаблона путем частичного удаления травлением центральной части кремниевой пластины с ее тыльной стороны, формирование опорного кольца и несущей мембраны шаблона производится посредством плазмохимического травления через трафарет или предварительно сформированную непосредственно на тыльной стороне пластины защитную маску, трафарет и защитная маска должны быть выполнены из материалов, характеризующихся сравнительно малой скоростью травления по сравнению с кремнием, например, из алюминия или его сплавов. Технический результат: обеспечение возможности упрощения изготовления рентгеношаблона. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Предполагаемое изобретение относится к способу изготовления кремниевого рентгеношаблона (рентгенолитографического шаблона, маски для рентгеновской литографии, рентгенолитографической маски, рентгеновского шаблона), применяемого для формирования резистивной маски или скрытого изображения в рентгеночувствительных материалах способом трафаретной рентгеновской литографии.

В качестве аналога выбран способ изготовления рентгеношаблона с полимерной мембраной [описанный в работах: [1] Flanders D.C., Smith H.I. Polyimide membrane X-ray lithography masks fabrication and distortion measurements // J. Vac. Sci. Technol., 1978, V. 15, №3, P. 995; [2] Feder R., Romankiw L.T., Spiller E., Topalian J.C. Polyimide substrates for X-ray lithography // IBM Technical Disc. Bull., 1978, v. 20, №11B; [3] Grispell P.I., Garbarino P.L., Zielinski L.B. Polyimide process for fabrication X-ray marks // IBM Technical Disc. Bull., 1978, v. 20, №10]. Механическая прочность многих полимерных пленок такова, что позволяет, в частности из майлара, изготавливать несущую мембрану рентгеношаблона толщиной около 1 мкм. Рентгеношаблоны с такими мембранами, обладая достаточно высокой механической прочность, имеют низкое поглощение рентгеновского излучения и оптически прозрачны. Был предложен способ формирования тонких, с идеальной рабочей поверхностью бездефектных полимерных пленок, выполняющих функцию несущей мембраны рентгеношаблона. Согласно описаниям в вышеприведенных работах [1-3], пленки формируют непосредственно в процессе изготовления рентгеношаблона, для чего на подложку из стекла, сапфира, кварца или другого материала, способного выдержать температуру 400°C и имеющего гладкую, отполированную поверхность, наносят тонкий слой полимера и производят полимеризацию. Затем поверх этого слоя наносят (напыляют) рентгенопоглощающий слой «тяжелого» металла, в котором литографическим способом с последующим травлением создают топологический рентгенопоглощающий рисунок. Спецификой данного процесса является тот факт, что полимерная мембрана находится в контакте с подложкой в течение всего времени формирования рентгенопоглощающего рисунка и лишь после его создания подложка стравливается, а мембрана остается прикрепленной к опорному кольцу. Опорное кольцо из стали, алюминия или другого материала прикрепляется к мембране перед стравливанием подложки [1], или перед отделением мембраны от подложки [2], или опорное кольцо изготавливается из самого материала подложки [3].

Таким образом, последовательность основных операций, характеризующих способ изготовления, может быть, согласно работе [1], записана следующим образом:

1. наносят на поверхность подложки тонкий слой полимера и формируют полиимидную пленку, толщиной ~ 1 мкм;

2. формируют известным литографическим способом на поверхности полиимидной пленки рентгенопоглощающий рисунок из золота, толщиной 0,03÷0,5 мкм;

3. изготавливают опорное кольцо и приклеивают его к полиимидной пленке;

4. удаляют (стравливают) подложку;

На Фиг. 1 схематично изображена конструкция рентгеношаблона, изготавливаемого способом-аналогом, где к опорному кольцу 1, прикреплена играющая роль несущей мембраны полимерная (полиимидная) пленка 2, на поверхности которой сформированы элементы 3 маскирующего слоя (рентгенопоглощающего рисунка).

К недостаткам шаблонов данной конструкции можно отнести следующие моменты:

- крепления опорного кольца к мембране вносит в нее дополнительные напряжения, что может привести к некоторым геометрическим деформациям топологического рисунка, поэтому операция крепления кольца должна проводиться очень аккуратно и тщательно;

- полимерные пленки взаимодействуют с атмосферной влагой и меняют свои физические свойства в зависимости от степени влажности окружающей среды, поэтому их эксплуатация и хранение должны проводиться в стабильных по данному параметру условиях;

- в полимерных пленках под действием рентгеновского излучения происходят многочисленные акты «разрывов» и «сшивки» высокоатомных молекулярных цепей, в результате чего свойства полимерной несущей мембраны изменяются в процессе эксплуатации рентгеношаблона, т.е. имеет место процесс деградации мембраны и связанные с ним геометрические искажения рентгенопоглощающего топологического рисунка шаблона.

В качестве прототипа выбран способ изготовления кремниевых рентгенолитографических шаблонов [описанный в работах: [4] Артамонова Л.Д., Глускин Е.С., Красноперова А.А., Кулипанов Г.Н., Назьмов В.П., Пиндюрин В.Ф., Скринский А.Н., Черков Г.А., Чесноков В.В., Шелюхин Ю.Г. Эксперименты по рентгеновской литографии с использованием синхротронного излучения накопителя ВЭПП-2М // В сб. докладов: Всесоюзное совещание по использованию синхротронного излучения СИ-82. Новосибирск, 1982, С. 260-277 и [5] Артамонова Л.Д., Гаврюшкина Н.И., Гаштольд В.Н., Глуздакова Г.В., Дейс Г.А., Домахина A.M., Коломеец А.Н., Коломеец Т.М., Прокопенко B.C., Черков Г.А. Рентгеновские шаблоны для рентгенолитографии и LIGA-технологии. Отчет Сибирского международного центра синхротронного излучения за 1991-1992 гг. Ин-т ядерной физики им. Будкера СО РАН // Новосибирск, 1993, С. 229-231], рентгенопоглощающий топологический рисунок которых сформирован на несущей мембране, представляющей собой тонкую (толщиной ~ 2 мкм) пленку легированного бором кремния.

На фиг. 2 приведено схематическое изображение кремниевого рентгенолитографического шаблона. Суть технологии его изготовления, в общих чертах, сводится к следующим основным операциям. Кремниевую подложку с обеих сторон легируют методом термической диффузии бором (до объемной концентрации примеси бора ~1019÷1020 см-3) на глубину ~ 2 мкм, в результате чего на рабочей поверхности образуется легированный слой, который в последующем будет выполнять роль несущей мембраны 4 рентгенолитографического шаблона. Затем на рабочую поверхность напыляют металлические адгезивные подслои титана и никеля толщиной несколько сотен ангстрем (на схеме не отражены), а поверх них формируют резистивную маску, в окнах которой методом электролиза выращивают маскирующий слой (рентгенопоглощающий рисунок) 3 из золота. На последних этапах удаляют резистивную маску и центральную часть подложки, путем жидкостного селективного травления подложки с ее тыльной стороны, формируя кремниевую несущую мембрану 4 шаблона и соответственно его опорное кольцо 5 (или иными словами формируя в шаблоне рентгенопрозрачное окно).

Вышеизложенный способ изготовления рентгеношаблона содержит следующие основные операции:

1. предварительно формируют границы кремниевой несущей мембраны, путем создания стоп-слоя для селективного травления, что достигается путем термического легирования кремниевой пластины с обеих сторон бором на глубину ~ 2 мкм;

2. наносят на рабочую поверхность кремниевой пластины адгезивные электропроводящие подслои из сравнительно легких (с малым атомным весом) металлов: титана (Ti) и никеля (Ni);

3. формируют любым известным литографическим способом на рабочей поверхности кремниевой пластины резистивную маску;

4. проводят гальваническое осаждение золотого маскирующего слоя (рентгенопоглощающего рисунка) через окна в резистивной маске;

5. удаляют остатки резистивной маски;

6. наносят защитные слои (полностью на рабочую поверхность пластины и в виде кольца на ее тыльную поверхность) для последующего селективного жидкостного травления кремния;

7. формируют несущую мембрану и опорное кольцо шаблона, путем удаления центральной части кремниевой пластины селективным жидкостным травлением с тыльной стороны до стоп-слоя (легированного бором слоя кремния);

8. удаляют защитные слои с кремниевой пластины.

Основными достоинствами кремниевых шаблонов являются высокая химическая и радиационная стойкость несущей мембраны, ее высокая рентгенопрозрачность, а также универсальность технологии их изготовления, поскольку она в основном содержит хорошо известные процессы, используемые в полупроводниковом производстве. Их недостатками являлись высокая себестоимость, хрупкость несущей мембраны и также сложность многооперационной технология изготовления. В частности, несущую мембрану формируют на одном из последних этапов изготовления рентгеношаблона путем удаления центральной части пластины посредством жидкостного селективного травления с тыльной стороны до стоп-слоя, что требует создания нескольких защитных слоев (для топологического рисунка, расположенного на рабочей поверхности шаблона, а также в виде кольца на тыльной стороне пластины) и последующего их удаления после формирования несущей мембраны. Это существенно усложняет технологию изготовления шаблона, увеличивает его себестоимость и нередко приводит к необратимым изменениям (порывам) несущей мембраны, вследствие ее сравнительно малой прочности.

Предлагаемый способ существенно упрощает технологию изготовления рентгеношаблона, снижает его себестоимость, позволяет изготавливать рентгеношаблон с произвольной наперед заданной (заранее определенной) толщиной несущей мембраны (≥1,8 мкм в зависимости от предназначения рентгеношаблона и условий его эксплуатации), что приводит к существенному увеличению прочности несущей мембраны.

Данный способ содержит следующие основные операции:

1. производят предварительный отбор плоскопараллельных кремниевых пластин,

2. последовательно наносят на рабочую поверхность кремниевой пластины посредством магнетронного напыления тонкий (толщиной ~ 30-40 нм) адгезионный подслой из титана (Ti) или хрома (Cr), а затем подслой никеля (Ni) (толщиной ~ 20 нм);

3. формируют известным литографическим способом на рабочей поверхности кремниевой пластины резистивную маску;

4. проводят гальваническое осаждение через резистивную маску рентгенопоглощающего маскирующего слоя (из золота, платины или другого тяжелого металла);

5. удаляют остатки резистивной маски,

6. формируют несущую мембрану и опорное кольцо шаблона, путем удаления центральной части кремниевой пластины посредством ее плазмохимического травления с тыльной стороны на определенную заранее заданную глубину.

На Фиг. 3 приведено схематическое изображение рентгеношаблона, изготавливаемого заявляемым способом (пропорции для наглядности не соблюдены), где топологический рентгенопоглощающий рисунок из золота 3, расположен на поверхности многослойной несущей мембраны, крепящейся своими краями к опорному кольцу 5. Несущая мембрана содержит напыленные подслои титана 6 и никеля 7. На последнем этапе изготовления шаблона путем плазменного травления кремниевой пластины с тыльной стороны частично удалена ее центральная часть и оставлен тонкий слой кремния 8.

Далее описан пример изготовления рентгеношаблона с достаточно толстым маскирующим слоем (рентгенопоглощающим топологическим рисунком), толщиной ~30 мкм, выполненным из золота. Данный шаблон предназначен для проведения экспонирования синхротронным излучением жесткого спектрального диапазона . В качестве исходной заготовки использовалась кремниевая пластина (ориентации (100), ∅76 мм).

Рентгеношаблон изготавливается путем проведения следующей последовательности операций:

1. Последовательное магнетронное напыление на рабочую поверхность кремниевой плоскопараллельной пластины адгезивных проводящих подслоев титана (Ti, ~ 40 нм) и никеля (Ni, ~ 20 нм).

2. Формирование из негативного резиста SU-8 посредством рентгенолитографии с применением переходного рентгеношаблона резистивной маски толщиной ~50 мкм.

3. Гальваническое осаждение маскирующего слоя золота (средней толщиной ~30 мкм) на рабочую поверхность пластины через резистивную маску.

4. Удаление центральной части (~∅50 мм) кремниевой пластины путем плазмохимического ее травления с тыльной стороны через дюралюминиевый трафарет с остановкой травления, не доходя ~30 мкм до поверхности пластины (см. Фиг. 3). Эта операция может быть произведена на установке плазмохимического травления Plasmalab 80 Plus с источником индуктивно-связанной плазмы (ICP) при давлении р=30 mTorr, со скоростями подачи газов: SF6 - 50 см3/мин, Ar - 5 см3/мин, подводимые мощности составляли: RF=70 Вт; ICP=500 Вт. Травление рекомендуется проводить а режиме многократного (~160 раз) повторения двух стадий: травление ~ 48 секунд и охлаждение ~ 2 мин.

Процесс травления иллюстрируется схемой, приведенной на Фиг. 4, где кремниевая пластина 9 (с подслоями 6, 7 и сформированным рентгенопоглощающим слоем 3) располагается на охлаждаемом столике 10. Травление производится через дюралюминиевый трафарет 11, задающий геометрию удаляемой области кремниевой пластины 9 потоком ионов плазмы 12. Материалом для трафарета может служить дюралюминий, нержавеющая сталь и иные материалы, скорость плазмохимического травления которых в вышеописанной плазме по сравнению со скоростью травления кремния незначительна (меньше в 10 и более раз). Поскольку во время травления к образцу подводится значительная мощность (~ 500 Вт), то он греется и соответственно поднимается температура столика, которая затем снижается на стадии охлаждения до ~ Т=5°C. Отведение тепла от кремниевой пластины 9 (т.е. ее охлаждение) происходило двумя путями: через теплоотвод к охлаждаемому столику 10 (с которым пластина имеет механический контакт) и посредством теплопереноса в среде газа аргона (на стадии охлаждения поток активных газов перекрывается и существенно (в 10 раз) увеличивается поток аргона до 50 см3/мин). Температура столика контролируется датчиком и исходная температура старта цикла ~ Т=5°C.

Установка, на которой производилась отработка режимов формирования несущей мембраны шаблона, не оснащена интерферометрическим датчиком, позволяющим отслеживать процесс травления в режиме «in-situ», но такая опция для данного типа установок существует и в этом случае процесс может контролироваться по показаниям такого датчика. Экспериментально измеренная скорость травления кремния ~2 мкм/цикл (т.е. толщина слоя, удаляемого за один цикл). Поскольку исходная толщина пластины и скорость ее травления известны, а процесс может быть оставлен в любой момент (ориентируясь на расчеты), то это позволяет получать заданную толщину несущей мембраны без стоп-слоя с точностью ± 0,1 мкм, при условии предварительного отбора плоскопараллельных пластин.

Преимущество данной технологии по сравнению с прототипом в том, что в ней исключены операции легирования кремния бором, жидкостного травления кремния, формирования и удаления защитных слоев и пр., а также в том, что заявляемый способ позволяет получать несущие мембраны произвольной заранее определенной толщины (в зависимости от целевых приложений рентгеношаблона), что существенно увеличивает их прочность, а следовательно снижает необратимые потери при изготовлении шаблонов, обусловленные порывами несущих мембран.

В итоге был получен образец шаблона с толщиной несущей мембраны ~ 30 мкм. Следует отметить, что при формировании таким способом несущей мембраны шаблона, а соответственно и его опорного кольца величина подтрава не имела для нас принципиального значения, но она не превышала толщины кремниевой пластины, т.е. была не более 0,35 мм. Однако, в случае если стоит задача формирования окон с точными габаритными размерами, то необходимо перейти с плазмохимического травления на ионно-лучевое и формировать защитную алюминиевую маску (выполняющую роль трафарета при травлении) любым литографическим способом непосредственно на тыльной стороне кремниевой пластины. Защитная маска из алюминия толщина маски ~ 1 мкм обеспечит травление кремниевой пластины на глубину ~500 мкм.

На Фиг. 1 схематично изображена конструкция рентгеношаблона, изготавливаемого способом-аналогом, где к опорному кольцу 1 прикреплена играющая роль несущей мембраны полимерная (полиимидная) пленка 2, на поверхности которой сформированы элементы 3 маскирующего слоя (рентгенопоглощающего рисунка).

На Фиг. 2 приведено схематическое изображение кремниевого рентгеношаблона, изготовленного способом-прототипом, где маскирующий рентгенопоглощающий слой 3, расположен на поверхности несущей мембраны, представляющей собой пленку легированного бором кремния 4, крепящуюся своими краями к опорному кольцу 5.

На Фиг. 3 приведено схематическое изображение рентгеношаблона, изготовленного заявляемым способом, где маскирующий рентгенопоглощающий слой 3 из золота, расположен на поверхности несущей мембраны, крепящейся своими краями к опорному кольцу 5. Несущая мембрана содержит напыленные подслои титана 6 и никеля 7 и тонкий слой кремния 8, который сформирован на последнем этапе изготовления шаблона путем плазменного травления кремниевой пластины с тыльной стороны.

На Фиг. 4 приведена схема, иллюстрирующая процесс формирования несущей мембраны шаблона и его опорного кольца посредством плазмохимического травления, где кремниевая пластина 9 с напыленными подслоями 6, 7 и сформированным маскирующим рентгенопоглощающим слоем 3 располагается на охлаждаемом столике 10 в посадочном месте дюралюминиевого трафарета 11 и подвергается воздействию потока ионов 12 с ее тыльной стороны.

1. Способ изготовления кремниевого рентгенолитографического шаблона, включающий в себя процессы напыления проводящих адгезивных подслоев легких (т.е. с малым атомным весом) металлов на рабочую поверхность кремниевой пластины (подложки), формирования на рабочей поверхности резистивной маски, электроосаждения рентгенопоглощающего слоя тяжелых металлов через резистивную маску, удаления резистивной маски и формирования несущей мембраны шаблона и его опорного кольца травлением пластины с тыльной стороны, отличающийся тем, что несущую кремниевую мембрану и опорное кольцо шаблона формируют на одном из последних этапов изготовления шаблона путем плазмохимического травления плоскопараллельной кремниевой подложки с тыльной стороны через трафарет, выполненный из материала, скорость травления которого по сравнению с кремнием незначительна (меньше в 10 и более раз).

2. Способ изготовления рентгенолитографического шаблона по п. 1, отличающийся тем, что для формирования несущей мембраны шаблона и его опорного кольца плазмохимическим травлением создают непосредственно на тыльной стороне кремниевой пластины (подложки) любым известным литографическим способом защитную маску из алюминия, выполняющую роль трафарета.



 

Похожие патенты:

Использование: для использования в радиографических комплексах. Сущность изобретения заключается в том, что система управления радиографической установкой на базе ускорителя бетатронного типа включает в себя, по меньшей мере, пять контуров управления высоковольтным генератором, подключенных кабельными линиями к локальному либо удаленному пульту управления.

Изобретение относится к области обработки цифровых изображений в медицине и предназначено для автоматизированного выполнения флюорографических снимков грудной клетки пациента на предмет наличия изменений или патологий в области легких.

Использование: для получения изображений быстропротекающих процессов в оптически непрозрачных объектах исследования. Сущность изобретения заключается в том, что производят юстировку объекта исследования.

Использование: для медицинской рентгенографической диагностики. Сущность изобретения заключается в том, что рентгенографическая установка включает рентгеновский излучатель, щелевой коллиматор, многоэлементный линейный детектор, систему синхронного перемещения названных элементов, электронику считывания, обработки и вывода данных, при этом установка снабжена дополнительным двухкоординатным детектором высокого разрешения, размещенным на подвижной балке сканера вблизи линейного детектора, снабженным механизмом его позиционирования вдоль линейного детектора и дополнительным коллиматором для двухкоординатного детектора, также размещенным на подвижной балке сканера вблизи щелевого коллиматора и снабженным механизмом его позиционирования в соответствии с положением двухкоординатного детектора.

Изобретение относится к области импульсной рентгеновской техники, в частности, к способам и устройствам для получения изображения быстропротекающих, в частности взрывных, процессов в оптически непрозрачных объектах исследования, и может быть использовано при радиографии динамических объектов большой оптической толщины.

Изобретение относится к конструкции и способу изготовления рентгеношаблонов, преимущественно для «мягкой» рентгенолитографии (где основная часть экспонирующего излучения находится в спектральном диапазоне - λ≈2,5÷9 Å).

Использование: для получения проекционных рентгеновских снимков. Сущность изобретения заключается в том, что выполняют облучение исследуемого объекта путем сканирования объекта узким пучком излучения и регистрацию фотонов прошедшего через объект рентгеновского излучения, при этом размер и форму пучка излучения задают в зависимости от максимально допустимого уровня рассеянного излучения, регистрируемого детектором, и максимального времени облучения каждого элемента изображения, с обеспечением защиты элементов детектора от рассеянного излучения, а регистрацию фотонов прямого излучения осуществляют детектором, состоящим как минимум из одной строки (линейки), сформированной на основе сборок сцинтиллятор-кремниевый микропиксельный лавинный фотодиод, регистрирующих световые вспышки от отдельных фотонов и формируя электрические импульсы заданной формы с амплитудой, пропорциональной интенсивности световой вспышки, осуществляют счет числа импульсов с амплитудой больше заданной.

Составной оптоволоконный коннектор для приемника рентгеновского излучения имеет по меньшей мере два фокона со смежными широкими входными торцами, предназначенными для формирования парциальных световых потоков, и узкими выходными торцами, предназначенными для подключения к оптоэлектронным преобразователям парциальных световых потоков во фрагментарные аналоговые видеосигналы.

Использование: для диагностирования патологий и нарушений молочных желез у женщин. Сущность изобретения заключается в том, что устройство на основе многоэлементного рентгеночувствительного детектора сочленено с матрицей поликремниевых фотодетекторов.

Использование: для получения радиографического изображения быстропротекающих процессов в неоднородном объекте исследования. Сущность изобретения заключается в том, что при получении радиографического изображения быстропротекающих процессов в неоднородном объекте исследований выполняют радиографию областей объекта исследований с различными оптическими толщинами в соответствующих им различных энергетических диапазонах, при этом осуществляют пространственно-временную томографию объекта исследований, обеспеченную по меньшей мере тремя лучами с независимыми пространственными координатами, сходящимися в центре расположения объекта исследования.

Изобретение относится к конструкции и способу изготовления рентгеношаблонов, преимущественно для «мягкой» рентгенолитографии (где основная часть экспонирующего излучения находится в спектральном диапазоне - λ≈2,5÷9 Å).

Изобретение относится к измерению ядерных излучений и рентгеновских лучей и промышленно применимы в оптической дозиметрии, в частности в волоконно-оптических датчиках ионизирующих излучений, позволяющих производить долговременную дозиметрию недоступных для человека частей ядерных установок, мест захоронения радиоактивных отходов и т.п.

Использование: для изготовления кремниевого рентгеношаблона. Сущность изобретения заключается в том, что способ включает в себя процессы предварительного отбора плоскопараллельных кремниевых пластин, напыления проводящих адгезивных подслоев из легких металлов на рабочую поверхность кремниевой пластины, формирования на рабочей поверхности резистивной маски, электроосаждения рентгенопоглощающего маскирующего слоя из тяжелых металлов через резистивную маску, ее последующее удаление и формирование опорного кольца и несущей мембраны шаблона путем частичного удаления травлением центральной части кремниевой пластины с ее тыльной стороны, формирование опорного кольца и несущей мембраны шаблона производится посредством плазмохимического травления через трафарет или предварительно сформированную непосредственно на тыльной стороне пластины защитную маску, трафарет и защитная маска должны быть выполнены из материалов, характеризующихся сравнительно малой скоростью травления по сравнению с кремнием, например, из алюминия или его сплавов. Технический результат: обеспечение возможности упрощения изготовления рентгеношаблона. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Наверх